(57)【要約】  光源装置は、波長が異なる複数の色の第１の偏光の光を出射する第１の光源（３ａ）と、複数の色のうちの少なくとも１つの色の光を含む、偏光状態が第１の偏光と異なる第２の偏光の光を出射する第２の光源（３ｂ）と、第１の光源（３ａ）から出射された第１の偏光の光と第２の光源（３ｂ）から出射された第２の偏光の光を合成する第１の色合成光学素子（１）と、を有する。
2011037057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数の色の第１の偏光の光を出射する第１の光源と、
前記複数の色のうちの少なくとも１つの色の光を含む、偏光状態が第１の偏光と異なる第２の偏光の光を出射する光源手段と、
前記第１の光源から出射された前記第１の偏光の光と前記光源手段から出射された前記第２の偏光の光とを合成する色合成手段と、を有する光源装置。
【請求項２】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、第１の波長帯域にピーク波長を有する第１の色光を出射する第２の光源を有し、
前記色合成手段は、前記第１の光源から出射された前記第１の偏光の光と前記第２の光源から出射された前記第２の偏光の第１の色光とを合成する第１の色合成光学素子を有する、請求の範囲第１項に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射される、請求の範囲第２項に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第２の光源は、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求の範囲第２項または第３項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域にピーク波長を有する第２の色光を出射する第３の光源をさらに有し、
前記色合成手段は、前記第１の色合成光学素子から出射された光と前記第３の光源から出射された前記第２の偏光の第２の色光とを合成する第２の色合成光学素子をさらに有する、請求の範囲第２項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射され、
前記第２の色合成光学素子は、
第２の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光が前記第１の色合成光学素子から供給される第３の入射面と、
前記第２の偏光の第２の色光が前記第３の光源から供給される第４の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第２の膜と、を有し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第３の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光と、前記第４の入射面から入射した前記第２の偏光の第２の色光とが、前記第２の膜を介して前記第２の出射面から出射され、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定されている、請求の範囲第５項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第２の光源は、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有し、
前記第３の光源は、緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求の範囲第５項または第６項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、前記第１および第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域にピーク波長を有する第３の色光を出射する第４の光源をさらに有し、
前記色合成手段は、前記第２の色合成光学素子から出射された光と前記第４の光源から出射された前記第２の偏光の第３の色光とを合成する第３の色合成光学素子をさらに有する、請求の範囲第５項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射され、
前記第２の色合成光学素子は、
第２の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光が前記第１の色合成光学素子から供給される第３の入射面と、
前記第２の偏光の第２の色光が前記第３の光源から供給される第４の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第２の膜と、を有し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第３の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光と、前記第４の入射面から入射した前記第２の偏光の第２の色光とが、前記第２の膜を介して前記第２の出射面から出射され、
前記第３の色合成光学素子は、
第３の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第２の色合成光学素子から供給される第５の入射面と、
前記第２の偏光の第３の色光が前記第４の光源から供給される第６の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第３の膜と、を有し、
前記第３の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第３の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第５の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光と、前記第６の入射面から入射した前記第２の偏光の第３の色光とが、前記第３の膜を介して前記第３の出射面から出射され、
前記第１乃至第３の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域および前記第３の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定されている、請求の範囲第８項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光源は、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有し、
前記第３の光源は、緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有し、
前記第４の光源は、青色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求の範囲第８項または第９項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、第１の波長帯域にピーク波長を有する第１の色光および該第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域にピーク波長を有する第２の色光を出射する第２の光源を有し、
前記色合成手段は、前記第１の光源から出射された前記第１の偏光の光と前記第２の光源から出射された前記第２の偏光の第１および第２の色光とを合成する第１の色合成光学素子を有する、請求の範囲第１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１および第２の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射される、請求の範囲第１１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光源は、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、を有する、請求の範囲第１１項または第１２項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、前記第１および第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域にピーク波長を有する第３の色光を出射する第３の光源をさらに有し、
前記色合成手段は、前記第１の色合成光学素子から出射された光と前記第３の光源から出射された前記第２の偏光の第３の色光とを合成する第２の色合成光学素子をさらに有する、請求の範囲第１１項に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１および第２の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射され、
前記第２の色合成光学素子は、
第２の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第１の色合成光学素子から供給される第３の入射面と、
前記第２の偏光の第３の色光が前記第４の光源から供給される第４の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第２の膜と、を有し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第３の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第３の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光と、前記第４の入射面から入射した前記第２の偏光の第３の色光とが、前記第２の膜を介して前記第２の出射面から出射され、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域および前記第３の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定されている、請求の範囲第１４項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第２の光源は、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、を有し、
前記第３の光源は、青色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求の範囲第１４項または第１５項に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記第１の光源は、白色光源である、請求の範囲第１項から第１６項のいずれかに記載の光源装置。
【請求項１８】
請求の範囲第１項から第１７項のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置からの光が照射される表示素子と、
前記表示素子で表示される画像を投射する投射光学系と、を有する、投射型表示装置。
【請求項１９】
請求の範囲第１項から第１７項のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された第１および第２の偏光の光のうち、一方の偏光の光を他方の偏光の光に変換する偏光変換手段と、
前記偏光変換手段から出射された前記他方の偏光の光を、赤色、緑色、青色の光に色分離する色分離手段と、
前記色分離手段で分離された赤色の光が照射される第１の表示素子と、
前記色分離手段で分離された緑色の光が照射される第２の表示素子と、
前記色分離手段で分離された青色の光が照射される第３の表示素子と、
前記第１乃至第３の表示素子で表示される画像を投射する投射光学系と、を有する、投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに代表される投射型表示装置に関し、特に、複数の色光を合成した照明光を生成する光源装置およびそれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置は、光源装置と、その光源装置からの照明光が照射される表示素子と、その表示素子に表示された画像をスクリーンに拡大投影する投射レンズとを有する。【０００３】
投射型表示装置には、大きく分けて２つのタイプがある。【０００４】
第１のタイプの投射型表示装置は、白色光源と、白色光を赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三原色の光束に分解する複数のダイクロイックミラーと、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の光束でそれぞれ照射され、各色成分の画像を表示する３つの液晶表示素子と、三原色の光束を再び一つの光束に合成するダイクロイックプリズムと、投射レンズとから構成される。このような投射型表示装置は、三板式、あるいは３ＬＣＤ方式の投射型表示装置と呼ばれている。【０００５】
第２のタイプの投射型表示装置は、白色光源と、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルターが円盤状に配列されたカラーホイールと、白色光源からの光を高速に回転するカラーホイールに照射することにより、時系列的に色が切り替わる照明光の色の切り替りに同期して、その色の成分の画像を表示する１つの表示素子と、投射レンズとから構成される。このような投射型表示装置は、単板式、フィールドシーケンシャル方式、あるいは時分割方式の投射型表示装置と呼ばれている。【０００６】
両タイプとも、白色光源には、高圧水銀灯のような高輝度光源が用いられる。ただし、高圧水銀灯のような放電ランプは高輝度ではあるものの、それを用いた投射型表示装置において、以下のような問題を生じる。【０００７】
高圧水銀灯は、水銀を使用しているため、環境面で課題があり、さらに、寿命が短いという問題がある。【０００８】
安定に点灯させるための条件が決まっているので、任意の明るさに調光できない。したがって、投射型表示装置の使用状況、例えば部屋の明るさや投射画面の倍率に応じて光源の明るさを調整することができないため、消費電力を浪費してしまう。【０００９】
また、点灯後に明るさが定常状態になるまでに時間がかかり、しかも、消灯後、すぐに再点灯しようとしても、十分に冷却されるまでの待ち時間が必要であることから、使い勝手が悪い。【００１０】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体光源、あるいは、固体光源と呼ばれる光源の高輝度化が進展してきた。固体光源は、放電ランプに比べると寿命が長く、水銀を使用していないので、環境面でも優れている。【００１１】
投射型表示装置の光源としてＬＥＤを用いた場合、投射型表示装置の使用状況に応じて、ＬＥＤの電流量を制御するという調光機能を搭載すれば、状況に応じて細かいパワーセーブが可能になる。【００１２】
さらに、ＬＥＤを光源として用いる投射型表示装置によれば、点灯直後に明るい画像を得られる。加えて、再点灯するまでに冷却のための待ち時間が不要であるので、利用者の利便性も向上する。【００１３】
上述のように、固体光源は多くの利点を有しているので、投射型表示装置においては、例えばＬＥＤを用いた光源装置が期待されている。【００１４】
ただし、白色光を発生する白色ＬＥＤは、黄色の光を発光する蛍光体を青色の光で励起して、青色と黄色の光で白色光を得ている。【００１５】
図１に白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す。発光スペクトルは、青色の波長帯域にある急峻なピークに加えて、緑色や赤色に広がりを持つ緩やかなピークを黄色の波長帯域に有している。このような白色ＬＥＤは、発光効率は高いものの、発光スペクトルが固定であるため、ホワイトバランスを調整することはできない。また、ＬＥＤの製造上の問題により、白色の色度がばらつくことが知られている。【００１６】
三板式の投射型表示装置、あるいは単板式の投射型表示装置のいずれの場合においても、基本的にカラー画像を構成するのは、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三原色の画像である。白色ＬＥＤの場合、緑色と赤色の光量が青色や黄色に比べて相対的に小さい。色再現性に優れた投射画像を得るために、白色ＬＥＤの出射光束から、波長帯域の狭い赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三原色の光束を取り出さなければならない。そのためには、黄色の光束を除去し、さらにホワイトバランスをとるために青色の光束を制限しなければならない。もっとも光量が少ない光束が赤色の場合には、緑色の光束も制限しなければならない。つまり、光利用効率が著しく低下してしまう。【００１７】
室内照明に白色ＬＥＤを用いる場合には、不足している赤色や緑色、あるいは青緑色を発光するＬＥＤを並置すれば、演色性に優れた光源を得ることができる。【００１８】
しかし、投射型表示装置の場合、投射光学系において、光源の面積と発散角とで決まるエテンデューという制約がある。光源の面積と発散角との積の値を、表示素子の面積と投射レンズのＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との積の値以下にしないと、光源からの光が投射光として利用されない。つまり、投射光学系においては、ＬＥＤの半導体チップの面積、あるいはＬＥＤの個数に制約があり、しかも照明光の角度広がりにも制約がある。エテンデューの制約により決まる数を超えるＬＥＤをアレイ状に配列しても、明るさを向上することはできない。【００１９】
そこで、白色光源からの光のうち不足している特定の波長帯域の光を別の光源からの光で置き換えることによって、明るさと色再現性、さらにはホワイトバランスを改善する表示装置が、特許文献１や特許文献２に開示されている。【００２０】
特許文献１によれば、白色光源として用いられる高圧水銀灯は赤の波長成分の光量が少ない。そこで、赤の照明光に赤色の光を発光するＬＥＤアレイ光源を用いる。【００２１】
特許文献２によれば、白色光源からの白色光のうち光量の少ない赤の波長成分の光を、赤色の光を発光する半導体レーザー光源からの光に、ホログラム素子を用いて部分的に置き換える。【００２２】
上記先行技術は、白色光源として高圧水銀灯を用いた例であるが、白色ＬＥＤに置き換えても同様である。【００２３】
このように主の照明光と副の照明光を用いて、明るさと色再現性、ならびにホワイトバランスに優れた表示装置が得られる。【００２４】
複数の色光を合成する他の技術としては、偏光の違いを利用して偏光ビームスプリッタで色光を合成する方式、あるいは波長の違いを利用してダイクロイックミラーで色光を合成する方式が特許文献３に開示されている。【００２５】
特許文献３によれば、緑色のＰ偏光の光と赤色と青色のＳ偏光の光を偏光ビームスプリッタで合成する。あるいは、緑色の光と、赤色と青色の光をダイクロイックミラーで合成する。【００２６】
２方向から異なる３色を合成することにより、白色光を出射させるのに不足する色成分の光源数を多く配置できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２０００−３０５０４０号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−２９６６８０号公報（図１）
【特許文献３】特開２００６−３３７６０９号公報（図１）
【発明の概要】
【００２８】
特許文献１や特許文献２のように、副の照明光を用いて明るさを補う場合には、置き換えた基の光は利用されないことに加えて、置き換える際に光損失が発生するので、光利用効率が必ずしも向上しない。
【００２９】
一方、偏光や波長の違いを利用して光を合成する特許文献３では、それぞれの色の光を一方向から入射させて合成するので、ＬＥＤで不足している色を補う光量が限られてしまい、効率良く光を補うことはできない。
【００３０】
本発明の目的は、上記問題を解決し、混色時の光利用効率を高くすることができる光源装置およびそれを備えた投射型表示装置を提供することにある。
【００３１】
上記目的を達成するため、本発明の光源装置は、
波長が異なる複数の色の第１の偏光の光を出射する第１の光源と、
上記複数の色のうちの少なくとも１つの色の光を含む、偏光状態が第１の偏光と異なる第２の偏光の光を出射する光源手段と、
上記第１の光源から出射された上記第１の偏光の光と上記光源手段から出射された上記第２の偏光の光とを合成する色合成手段と、を有する。
【００３２】
本発明の投射型表示装置は、
上記の光源装置と、
上記光源装置からの光が照射される表示素子と、
上記表示素子で表示される画像を投射する投射光学系と、を有する。
【００３３】
本発明の別の投射型表示装置は、
上記の光源装置と、
上記光源装置から出射された第１および第２の偏光の光のうち、一方の偏光の光を他方の偏光の光に変換する偏光変換手段と、
上記偏光変換手段から出射された上記他方の偏光の光を、赤色、緑色、青色の光に色分離する色分離手段と、
上記色分離手段で分離された赤色の光が照射される第１の表示素子と、
上記色分離手段で分離された緑色の光が照射される第２の表示素子と、
上記色分離手段で分離された青色の光が照射される第３の表示素子と、
上記第１乃至第３の表示素子で表示される画像を投射する投射光学系と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。
【図２】本発明の第１の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【図３Ａ】図２に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。
【図３Ｂ】図２に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【図４】図２に示す第１および第２の光源の構成を示すブロック図である。
【図５】図２に示す光源装置における色が合成される光路の一例を示す模式図である。
【図６Ａ】図２に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図６Ｂ】図２に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【図８Ａ】図７に示す第２の色合成光学素子の第２の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。
【図８Ｂ】図７に示す第２の色合成光学素子の第２の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【図９】図７に示す光源装置における色が合成される光路の一例を示す模式図である。
【図１０Ａ】図７に示す第２の色合成光学素子の第２の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１０Ｂ】図７に示す第２の色合成光学素子の第２の偏光ダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色および緑色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１１】図７に示す光源装置の第３の光源として用いられるＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。
【図１２Ａ】図７に示す第２の色合成光学素子の第２の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１２Ｂ】図７に示す第２の色合成光学素子の第２の偏光ダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色と緑色と青色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【図１４Ａ】図１３に示す第３の色合成光学素子の第３の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。
【図１４Ｂ】図１３に示す第３の色合成光学素子の第３の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【図１５】図１３に示す光源装置における色が合成される光路の一例を示す模式図である。
【図１６Ａ】図１３に示す第３の色合成光学素子の第３の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１６Ｂ】図１３に示す第３の色合成光学素子の第３の偏光ダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色と緑色と青色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の第４の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【図１８Ａ】図１７に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。
【図１８Ｂ】図１７に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【図１９】図１７に示す第２の光源として用いられるＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。
【図２０】図１７に示す光源装置における色が合成される光路の一例を示す模式図である。
【図２１Ａ】図１７に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図２１Ｂ】図１７に示す第１の色合成光学素子の第１の偏光ダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色および緑色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。
【図２２】本発明の第５の実施形態である投射型表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２３Ａ】図２２に示す投射型表示装置に用いられた白色ＬＥＤの発光スペクトルである。
【図２３Ｂ】図２２に示す投射型表示装置に用いられた赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの発光スペクトルである。
【図２３Ｃ】図２２に示す投射型表示装置に用いられた白色ＬＥＤの出射光束から、黄色と青緑色の光束を除去した後のスペクトルである。
【図２３Ｄ】図２２に示す投射型表示装置に用いられた白色ＬＥＤの出射光束から、黄色と青緑色の光束を除去し、さらにホワイトバランスをとったあとのスペクトルである。
【図２３Ｅ】図２２に示す投射型表示装置に用いられた白色ＬＥＤの出射光束から、黄色と青緑色の光束を除去した後に、赤と緑の光束を加えた白色ＬＥＤのスペクトルである。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１の色合成光学素子
２  第１の偏光ダイクロイックミラー
３ａ  第１の光源
３ｂ  第２の光源
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明における一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【００３８】
図２を参照すると、光源装置は、第１の色合成光学素子１、第１の光源３ａ、および第２の光源３ｂを有する。
【００３９】
第１の色合成光学素子１は、斜面が互いに接合された２つの直角プリズムからなる偏光ダイクロイックプリズムである。２つの直角プリズムの接合面に、誘電体多層膜からなる第１の偏光ダイクロイックミラー２が形成されている。
【００４０】
第１の色合成光学素子１の４つの側面のうちの隣接する２つの側面が入射面１ａ、１ｂであり、入射面１ｂと対向する側面が出射面１ｃである。第１の光源３ａは入射面１ａと対向するように配置され、第２の光源３ｂは入射面１ｂと対向するように配置されている。
【００４１】
第１の光源３ａは、白色の光（Ｐ偏光）を出力する。第２の光源３ｂは、赤色の光（Ｓ偏光）を出力する。ここで、白色の光は、少なくとも赤色、緑色、青色の波長成分を含む。
【００４２】
第１の光源３ａからのＰ偏光の光（白）は、入射面１ａから第１の色合成光学素子１内に入射する。第２の光源３ｂからのＳ偏光の光（赤）は、入射面１ｂから第１の色合成光学素子１内に入射する。
【００４３】
第１の色合成光学素子１では、入射面１ａから入射したＰ偏光の光（白）と入射面１ｂから入射したＳ偏光の光（赤）が第１の偏光ダイクロイックミラー２によって合成される。第１の偏光ダイクロイックミラー２によって合成された光は、出射面１ｃから出射される。
【００４４】
図３Ａは、第１の偏光ダイクロイックミラー２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図３Ｂは、第１の偏光ダイクロイックミラー２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【００４５】
カットオフ波長を透過率、または反射率が５０％になる波長と定義する。Ｐ偏光で入射する光に対する第１の偏光ダイクロイックミラー２のカットオフ波長は７００ｎｍである。この場合、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、波長が７００ｎｍ以下のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第１の偏光ダイクロイックミラー２のカットオフ波長は５８０ｎｍである。この場合、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、波長が５８０ｎｍ以下のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、波長が５８０ｎｍより長いＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。
【００４６】
第１の偏光ダイクロイックミラー２の特性を色光に対する作用で表現すると、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、赤色の光に対して、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、赤色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。また、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、緑色と青色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。言い換えると、第１の偏光ダイクロイックミラー２は、Ｐ偏光の光については、赤色と緑色と青色、すなわち白色を透過し、反射しないようになっており、Ｓ偏光の赤色だけを反射する。
【００４７】
このような特定の波長帯域についてのみ偏光ビームスプリッタとして作用する第１の偏光ダイクロイックミラー２は、可視光全域に渡って偏光ビームスプリッタとして作用するものよりも、製造が容易であるという特長がある。
【００４８】
図４は、第１の光源３ａおよび第２の光源３ｂとして用いられる光源の基本的な構成を示すブロック図である。
【００４９】
図４を参照すると、光源は、基板上に発光部３１であるＬＥＤが実装されたＬＥＤモジュール３０を有する。基板は、放熱板としての機能を兼ね備えており、不図示のヒートシンクが取り付けられている。さらに、ＬＥＤモジュール３０に強制冷却装置を設けて、ＬＥＤの発光特性が安定するように温度制御を行う。
【００５０】
発光部３１の面積は、基本的に、前述のエテンデューの制約に基づき、本実施形態の光源装置が搭載される投射型表示装置の表示素子の面積や投射レンズのＦナンバーによって決まる。ただし、面積決定に際しては、製造上の位置合わせマージンや照明光の照度分布の均一性を考慮する。
【００５１】
光源装置のスイッチが入れられると、駆動回路３３が、発光部（ＬＥＤ）３１に駆動電流を供給する。電流が発光部（ＬＥＤ）３１に流れると、発光部（ＬＥＤ）３１が発光する。発光部（ＬＥＤ）３１からの光は、集光光学系３２により集光される。この集光光学系３２からの光束を、第１の色合成光学素子１に入射させる。
【００５２】
なお、図４に示した例では、集光光学系３２として、レンズ形状の光学素子を用いているが、リフレクタのような反射型の光学素子を用いても構わない。
【００５３】
また、表示素子に照射される光束の断面における輝度分布を均一にするためのインテグレータとして、フライアイレンズやガラスロッドを用いても良い。
【００５４】
さらに、偏光成分を効率良く得るために、偏光ビームスプリッタと１／２波長板を用いた偏光変換光学系など、一方の偏光成分を再利用する光学系を用いても良い。
【００５５】
また、ＬＥＤモジュール３０の発光部３１が偏光光を発生する光源であっても良く、あるいは発光部３１に偏光変換機能を設けて、発光部３１から偏光光が発生するように構成してもよい。
【００５６】
図５は、図２に示した光源装置を用いて色光が合成される際の光路を説明するための平面図である。図５において、矢印付きの実線で表記した直線は入射光束の代表的な進行方向を示すものである。ただし、矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、第１の色合成光学素子１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。
【００５７】
第１の光源３ａからの白色のＰ偏光は、第１の色合成光学素子１の入射面１ａに入射する。第１の偏光ダイクロイックミラー２は、白色のＰ偏光に対しては何ら作用しない。よって、白色のＰ偏光は、図５に示すように、そのまま第１の偏光ダイクロイックミラー２を透過する。
【００５８】
一方、第２の光源３ｂからの赤色のＳ偏光は、第１の色合成光学素子１の入射面１ｂに入射する。第１の偏光ダイクロイックミラー２は、赤色のＳ偏光を全て反射する。よって、赤色のＳ偏光の光束は、図５に示すように、第１の偏光ダイクロイックミラー２によって９０度曲げられ、その後、出射面１ｃから出射される。
【００５９】
上述のように、本実施形態の光源装置では、入射面１ａから入射した白色のＰ偏光と、入射面１ｂから入射した赤色のＳ偏光とが、第１の偏光ダイクロイックミラー２によって合成されることで、赤色を補った白色光を得ることができる。
【００６０】
図６Ａは、第１の偏光ダイクロイックミラー２のＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。白色ＬＥＤの発光スペクトルは、青色の波長帯域における、波長が４６０ｎｍの急峻なピークと、黄色の波長帯域における、波長が５６５ｎｍの緩やかなピークを有する。
【００６１】
図６Ｂは、第１の偏光ダイクロイックミラー２のＳ偏光に対する分光反射特性と赤色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍである。
【００６２】
図６Ａと図６Ｂから明らかなように、異なる偏光で異なる方向から白色と赤色の光を合成するので、効率よく色光を合成することができる。すなわち、白色ＬＥＤで不足している赤色成分を赤色ＬＥＤの光で置き換えるのではなく、赤色ＬＥＤの光を白色ＬＥＤの光に加えるので、光損失が生じない。
【００６３】
赤色ＬＥＤの光量は白色ＬＥＤの光量とは独立に調整可能である。したがって、本実施形態によれば、混色時の光利用効率が高く、ホワイトバランス調整が可能な光源装置を提供することができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【００６５】
図７を参照すると、光源装置は、第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１、第１の光源３ａ、第２の光源３ｂおよび第３の光源３ｃを有する。第１の色合成光学素子１、第１の光源３ａおよび第２の光源３ｂは、図２に示したものと同じである。第１の色合成光学素子１の出射面１ｃから出射された光の進行方向に、第２の色合成光学素子１１が配置されている。
【００６６】
第２の色合成光学素子１１は、第１の色合成光学素子１と同様、斜面が互いに接合された２つの直角プリズムからなる偏光ダイクロイックプリズムである。２つの直角プリズムの接合面に、誘電体多層膜からなる第２の偏光ダイクロイックミラー１２が形成されている。
【００６７】
第２の色合成光学素子１１の４つの側面のうちの隣接する２つの側面が入射面１１ａ、１１ｂであり、入射面１１ａと対向する側面が出射面１１ｃである。第２の色合成光学素子１１は、入射面１１ａが第１の色合成光学素子１の出射面１ｃと対向するように配置されている。第３の光源３ｃは入射面１１ｂと対向するように配置されている。
【００６８】
第１の色合成光学素子１では、第１の光源３ａからの白色の光（Ｐ偏光）と第２の光源３ｂからの赤色の光（Ｓ偏光）が合成され、その合成された光が出射面１ｃから出射される。この出射面１ｃから出射された光は、第２の色合成光学素子１１の入射面１１ａに入射する。
【００６９】
第３の光源３ｃは、緑色の光（Ｓ偏光）を出力する。第３の光源３ｃからのＳ偏光の光（緑）は、入射面１１ｂから第２の色合成光学素子１１内に入射する。
【００７０】
第２の色合成光学素子１１では、入射面１１ａから入射した、Ｐ偏光の光（白）およびＳ偏光の光（赤）と、入射面１１ｂから入射した、Ｓ偏光の光（緑）とが、第２の偏光ダイクロイックミラー１２によって合成される。第２の偏光ダイクロイックミラー１２によって合成された光は、出射面１１ｃから出射される。
【００７１】
図８Ａは、第２の偏光ダイクロイックミラー１２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図８Ｂは、第２の偏光ダイクロイックミラー１２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【００７２】
Ｐ偏光で入射する光に対する第２の偏光ダイクロイックミラー１２のカットオフ波長は４００ｎｍである。この場合、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、波長が４００ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第２の偏光ダイクロイックミラー１２のカットオフ波長は５８０ｎｍである。この場合、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、波長が５８０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、波長が５８０ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。
【００７３】
第２の偏光ダイクロイックミラー１２の特性を色光に対する作用で表現すると、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、緑色または青色の光に対して、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、緑色または青色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。
【００７４】
第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、赤色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。言い換えると、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、Ｐ偏光の光については、赤色と緑色と青色、すなわち白色を透過し反射しない。一方、Ｓ偏光の光については、赤色を透過し、緑色または青色を反射する。
【００７５】
第３の光源３ｃとして、図４に示した基本的な構成を有する光源を用いることができる。
【００７６】
図９は、図７に示した光源装置を用いて色光が合成される際の光路を説明するための平面図である。図９において、矢印付きの実線で表記した直線は入射光束の代表的な進行方向を示すものである。ただし、矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、各色合成光学素子１、１１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。
【００７７】
第１の色合成光学素子１における色光が合成される際の光路は、図５に示したとおりである。第１の色合成光学素子１の出射面１ｃから出射した、Ｐ偏光の光（白）およびＳ偏光の光（赤）は、第２の色合成光学素子１１の入射面１１ａに入射する。第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、白色のＰ偏光と赤色のＳ偏光に対しては何ら作用しない。よって、白色のＰ偏光と赤色のＳ偏光は、図９に示すように、そのまま第２の偏光ダイクロイックミラー１２を透過する。
【００７８】
第３の光源３ｃからの緑色のＳ偏光は、第２の色合成光学素子１１の入射面１１ｂに入射する。第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、緑色のＳ偏光を全て反射する。よって、緑色のＳ偏光の光束は、図９に示すように、第２の偏光ダイクロイックミラー１２によって９０度曲げられ、その後、出射面１１ｃから出射される。
【００７９】
上述のように、本実施形態の光源装置では、第１の光源３ａからの白色のＰ偏光と第２の光源３ｂからの赤色のＳ偏光が第１の色合成光学素子１によって合成され、この第１の色合成光学素子１から出射された白色のＰ偏光および赤色のＳ偏光と第３の光源３ｃからの緑色のＳ偏光が第２の色合成光学素子１１によって合成される。これにより、赤色と緑色を補った白色光を得ることができる。
【００８０】
図１０Ａは、第２の偏光ダイクロイックミラー１２のＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。白色ＬＥＤの発光スペクトルは、青色の波長帯域における波長が４６０ｎｍの急峻なピークと、黄色の波長帯域における波長が５６５ｎｍの緩やかなピークを有する。
【００８１】
図１０Ｂは、第２の偏光ダイクロイックミラー１２のＳ偏光に対する分光反射特性と赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色ＬＥＤのピーク波長は５３０ｎｍである。
【００８２】
図１０Ａと図１０Ｂから明らかなように、異なる偏光で異なる方向から白色と赤色と緑色の光を合成するので、効率よく色光を合成することができる。すなわち、白色ＬＥＤで不足している赤色と緑色の成分を、赤色ＬＥＤの光と緑色ＬＥＤの光で置き換えるのではなく、赤色ＬＥＤの光と緑色ＬＥＤの光を白色ＬＥＤの光に加えるので、光損失が生じない。
【００８３】
赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの光量は、白色ＬＥＤの光量とは独立に調整可能である。したがって、本実施形態によれば、混色時の光利用効率が高く、ホワイトバランス調整が可能な光源装置を提供することができる。
【００８４】
本実施形態の光源装置において、第３の光源３ｃは、緑色のＳ偏光を出射する構成に限定されるものではなく、緑色と他の色（例えば青色）のＳ偏光を出射するように構成してもよい。緑色に加えて、青色のＳ偏光も出射させることにより、さらにホワイトバランス調整の自由度が高くなる。
【００８５】
図１１は、第３の光源３ｃとして用いられるＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。
【００８６】
図１１を参照すると、ＬＥＤモジュール３４は、４つのＬＥＤチップ３６ａ〜３６ｄからなる発光部３５を有する。ＬＥＤチップ３６ａ〜３６ｃはいずれも、ピーク波長が５３０ｎｍである緑色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ３６ｄは、ピーク波長が４６０ｎｍである青色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ３６ａ〜３６ｄのチップ面積はほぼ同じである。
【００８７】
発光部３５の面積は、基本的に、前述のエテンデューの制約に基づき、本実施形態の光源装置が搭載される投射型表示装置の表示素子の面積や投射レンズのＦナンバーによって決まる。ただし、面積決定に際しては、製造上の位置合わせマージンや照明光の照度分布の均一性を考慮する。
【００８８】
図８Ｂに示したように、第２の偏光ダイクロイックミラー１２は、緑色または青色の光に対して、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。したがって、図９における緑色（Ｓ偏光）の光路と同じ光路で、青色（Ｓ偏光）の光が第２の色合成光学素子１１に入射すると、第１の色合成光学素子１から出射された白色のＰ偏光および赤色のＳ偏光と第３の光源３ｃからの緑色および青色のＳ偏光が第２の色合成光学素子１１によって合成される。これにより、赤色と緑色と青色を補った白色光を得ることができる。
【００８９】
図１２Ａは、第２の偏光ダイクロイックミラー１２のＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。白色ＬＥＤの発光スペクトルは、青色の波長帯域における波長が４６０ｎｍの急峻なピークと、黄色の波長帯域における波長が５６５ｎｍの緩やかなピークを有する。
【００９０】
図１２Ｂは、第３の偏光ダイクロイックミラー２２のＳ偏光に対する分光反射特性と赤色と緑色と青色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色ＬＥＤのピーク波長は５３０ｎｍであり、青色ＬＥＤのピーク波長は４６０ｎｍである。
【００９１】
図１２Ａと図１２Ｂから明らかなように、異なる偏光で異なる方向から白色と赤色と緑色と青色の光を合成するので、効率よく色光を合成することができる。すなわち、白色ＬＥＤで不足している赤色と緑色の成分を赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの光で置き換えるのではなく、赤色ＬＥＤの光と緑色ＬＥＤの光を白色ＬＥＤの光に加えるので、光損失が生じない。さらに、青色ＬＥＤの光を加えることができ、その場合も、光損失が生じない。
【００９２】
赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤの光量は、白色ＬＥＤの光量とは独立に調整可能である。したがって、混色時の光利用効率が高く、ホワイトバランス調整の自由度をさらに高めることができる。
【００９３】
（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【００９４】
図１３を参照すると、光源装置は、第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１、第３の色合成光学素子２１、第１の光源３ａ、第２の光源３ｂ、第３の光源３ｃおよび第４の光源３ｄを有する。
【００９５】
第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１、第１の光源３ａ、第２の光源３ｂおよび第３の光源は、図７に示したものと同じである。第２の色合成光学素子１１の出射面１１ｃから出射された光の進行方向に、第３の色合成光学素子２１が配置されている。
【００９６】
第３の色合成光学素子２１は、第１の色合成光学素子１および第２の色合成光学素子１１と同様、斜面が互いに接合された２つの直角プリズムからなる偏光ダイクロイックプリズムである。２つの直角プリズムの接合面に、誘電体多層膜からなる第３の偏光ダイクロイックミラー２２が形成されている。
【００９７】
第３の色合成光学素子２１の４つの側面のうちの隣接する２つの側面が入射面２１ａ、２１ｂであり、入射面２１ａと対向する側面が出射面２１ｃである。第３の色合成光学素子２１は、入射面２１ａが第２の色合成光学素子１１の出射面１１ｃと対向するように配置されている。第４の光源３ｄは入射面２１ｂと対向するように配置されている。
【００９８】
第１の光源３ａからの白色の光（Ｐ偏光）と第２の光源３ｂからの赤色の光（Ｓ偏光）と第３の光源３ｃからの緑色の光（Ｓ偏光）とを合成した光が、第２の色合成光学素子１１の出射面１１ｃから出射される。この出射面１１ｃから出射された光は、第３の色合成光学素子２１の入射面２１ａに入射する。
【００９９】
第４の光源３ｄは、青色の光（Ｓ偏光）を出力する。第４の光源３ｄからのＳ偏光の光（青）は、入射面２１ｂから第３の色合成光学素子２１内に入射する。
【０１００】
第３の色合成光学素子２１では、入射面２１ａから入射した、Ｐ偏光の光（白）、Ｓ偏光の光（赤）およびＳ偏光の光（緑）と、入射面２１ｂから入射した、Ｓ偏光の光（青）とが、第３の偏光ダイクロイックミラー２２によって合成される。第３の偏光ダイクロイックミラー２２によって合成された光は、出射面２１ｃから出射される。
【０１０１】
図１４Ａは、第３の偏光ダイクロイックミラー２２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図１４Ｂは、第３の偏光ダイクロイックミラー２２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【０１０２】
Ｐ偏光で入射する光に対する第３の偏光ダイクロイックミラー２２のカットオフ波長は４００ｎｍである。この場合、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、波長が４００ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。
【０１０３】
一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第３の偏光ダイクロイックミラー２２のカットオフ波長は４９０ｎｍである。この場合、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、波長が４９０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、波長が４９０ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。
【０１０４】
第３の偏光ダイクロイックミラー２２の特性を色光に対する作用で表現すると、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、青色の光に対して、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、青色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。
【０１０５】
また、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、赤色と緑色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。言い換えると、第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、Ｐ偏光の光は、赤色と緑色と青色、すなわち白色を透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光の光は、赤色と緑色を透過し、青色を反射する。
【０１０６】
第４の光源３ｄとして、図４に示した基本的な構成を有する光源を用いることができる。
【０１０７】
図１５は、図１３に示した光源装置を用いて色光が合成される際の光路を説明するための平面図である。図１５において、矢印付きの実線で表記した直線は入射光束の代表的な進行方向を示すものである。ただし、矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、各色合成光学素子１、１１、２１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。
【０１０８】
第１の色合成光学素子１および第２の色合成光学素子１１における色光が合成される際の光路は、図９に示したとおりである。第２の色合成光学素子１１の出射面１１ｃから出射した、Ｐ偏光の光（白）、Ｓ偏光の光（赤）およびＳ偏光の光（緑）は、第３の色合成光学素子２１の入射面２１ａに入射する。
【０１０９】
第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、白色のＰ偏光と赤色と緑色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、白色のＰ偏光と赤色と緑色のＳ偏光はそのまま第３の偏光ダイクロイックミラー２２を透過する。
【０１１０】
第４の光源３ｄからの青色のＳ偏光は、第３の色合成光学素子２１の入射面２１ｂに入射する。第３の偏光ダイクロイックミラー２２は、青色のＳ偏光を全て反射する。よって、青色のＳ偏光の光束は、図１５に示すように、第３の偏光ダイクロイックミラー２２によって９０度曲げられ、その後、出射面２１ｃから出射される。
【０１１１】
上述のように、本実施形態の光源装置では、第３の色合成光学素子２１において、入射面２１ａから入射した、白色のＰ偏光と赤色および緑色のＳ偏光と、入射面２１ｂから入射した青色のＳ偏光とが、第３の偏光ダイクロイックミラー２２によって合成されることで、赤色と緑色と青色を補った白色光を得ることができる。
【０１１２】
図１６Ａは、第３の偏光ダイクロイックミラー２２のＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。白色ＬＥＤの発光スペクトルは、青色の波長帯域における波長が４６０ｎｍの急峻なピークと、黄色の波長帯域における波長が５６５ｎｍの緩やかなピークを有する。
【０１１３】
図１６Ｂは、第３の偏光ダイクロイックミラー２２のＳ偏光に対する分光反射特性と赤色と緑色と青色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色ＬＥＤのピーク波長は５３０ｎｍであり、青色ＬＥＤのピーク波長は４６０ｎｍである。
【０１１４】
図１６Ａと図１６Ｂから明らかなように、異なる偏光で異なる方向から白色と赤色と緑色と青色の光を合成するので、効率よく色光を合成することができる。すなわち、白色ＬＥＤで不足している赤色と緑色の成分を赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの光で置き換えるのではなく、赤色ＬＥＤの光と緑色ＬＥＤの光を白色ＬＥＤの光に加えるので、光損失が生じない。さらに、青色ＬＥＤの光を加えることができ、その場合も、光損失が生じない。
【０１１５】
赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤの光量は白色ＬＥＤの光量とは独立に調整可能である。したがって、本実施形態によれば、混色時の光利用効率が高く、ホワイトバランス調整の自由度がよりいっそう高い光源装置を提供することができる。
【０１１６】
（第４の実施の形態）
図１７は、本発明の第４の実施形態である光源装置の構成を示す斜視図である。
【０１１７】
図１７を参照すると、光源装置は、第１の色合成光学素子４１、第１の光源４３ａおよび第２の光源４３ｂを有する。
【０１１８】
第１の色合成光学素子４１は、前述した色合成光学素子１、１１、２１と同様、斜面が互いに接合された２つの直角プリズムからなる偏光ダイクロイックプリズムである。２つの直角プリズムの接合面に、誘電体多層膜からなる第１の偏光ダイクロイックミラー４２が形成されている。
【０１１９】
第１の色合成光学素子４１の４つの側面のうちの隣接する２つの側面が入射面４１ａ、４１ｂであり、入射面４１ａと対向する側面が出射面４１ｃである。第１の光源４３ａは入射面４１ａと対向するように配置され、第２の光源４３ｂは入射面４１ｂと対向するように配置されている。
【０１２０】
第１の光源４３ａは、図２に示した第１の光源３ａと同様のものであり、白色の光（Ｐ偏光）を出力する。第１の光源４３ａからの白色の光（Ｐ偏光）は、入射面４１ａから第１の色合成光学素子４１内に入射する。ここで、白色の光（Ｐ偏光）は、少なくとも赤色、緑色、青色の波長成分を含む。
【０１２１】
第２の光源４３ｂは、赤色と緑色の光（Ｓ偏光）を出力する。第２の光源４３ｂからの赤色と緑色の光（Ｓ偏光）は、入射面４１ｂから第１の色合成光学素子４１内に入射する。
【０１２２】
第１の色合成光学素子４１では、入射面４１ａから入射したＰ偏光の光（白）と、入射面４１ｂから入射したＳ偏光の光（赤と緑）とが、第１の偏光ダイクロイックミラー４２によって合成される。第１の偏光ダイクロイックミラー４２によって合成された光は、出射面４１ｃから出射される。
【０１２３】
図１８Ａは、第１の偏光ダイクロイックミラー４２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図１８Ｂは、第１の偏光ダイクロイックミラー４２のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。
【０１２４】
Ｐ偏光で入射する光に対する第１の偏光ダイクロイックミラー４２のカットオフ波長は７００ｎｍである。この場合、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、波長が７００ｎｍ以下のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。
【０１２５】
一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第１の偏光ダイクロイックミラー４２のカットオフ波長は４９０ｎｍである。この場合、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、波長が４９０ｎｍ以下のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、波長が４９０ｎｍより長いＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。
【０１２６】
第１の偏光ダイクロイックミラー４２の特性を色光に対する作用で表現すると、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、赤色と緑色の光に対して、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、赤色と緑色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。
【０１２７】
また、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、青色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。言い換えると、第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、Ｐ偏光の光は、赤色と緑色と青色、すなわち白色を透過し、反射しないようになっており、Ｓ偏光の赤色と緑色を反射する。
【０１２８】
図１９は、第２の光源４３ｂとして用いられるＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。
【０１２９】
図１９を参照すると、ＬＥＤモジュール５４は、４つのＬＥＤチップ５６ａ〜５６ｄからなる発光部５５を有する。ＬＥＤチップ５６ａ〜５６ｃはいずれも、ピーク波長が６３０ｎｍである赤色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ５６ｄは、ピーク波長が５３０ｎｍである緑色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチッ５３６ａ〜５６ｄのチップ面積はほぼ同じである。
【０１３０】
発光部５５の面積は、基本的に、前述のエテンデューの制約に基づき、本実施形態の光源装置が搭載される投射型表示装置の表示素子の面積や投射レンズのＦナンバーによって決まる。ただし、面積決定に際しては、製造上の位置合わせマージンや照明光の照度分布の均一性を考慮する。
【０１３１】
図２０は、図１７に示した光源装置を用いて色光が合成される際の光路を説明するための平面図である。図２０において、矢印付きの実線で表記した直線は入射光束の代表的な進行方向を示すものである。ただし、矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、第１の色合成光学素子４１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。
【０１３２】
第１の光源４３ａからの白色のＰ偏光は、第１の色合成光学素子４１の入射面４１ａに入射する。第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、白色のＰ偏光に対しては何ら作用しない。よって、白色のＰ偏光は、図２０に示すように、そのまま第１の偏光ダイクロイックミラー４２を透過する。
【０１３３】
一方、第２の光源４３ｂからの赤色および緑色のＳ偏光は、第１の色合成光学素子４１の入射面４１ｂに入射する。第１の偏光ダイクロイックミラー４２は、赤色および緑色のＳ偏光を全て反射する。よって、赤色および緑色のＳ偏光の光束は、図２０に示すように、第１の偏光ダイクロイックミラー４２によって９０度曲げられ、その後、出射面４１ｃから出射される。
【０１３４】
上述のように、本実施形態の光源装置では、入射面４１ａから入射した白色のＰ偏光と、入射面４１ｂから入射した赤色および緑色のＳ偏光とが、第１の偏光ダイクロイックミラー４２によって合成されることで、赤色および緑色を補った白色光を得ることができる。
【０１３５】
図２１Ａは、第１の偏光ダイクロイックミラー４２のＰ偏光に対する分光透過特性と白色ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。白色ＬＥＤの発光スペクトルは、青色の波長帯域における波長が４６０ｎｍの急峻なピークと、黄色の波長帯域における波長が５６５ｎｍの緩やかなピークを有する。
【０１３６】
図２１Ｂは、第１の偏光ダイクロイックミラー４２のＳ偏光に対する分光反射特性と赤色と緑色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色ＬＥＤのピーク波長は５３０ｎｍである。
【０１３７】
図２１Ａと図２１Ｂから明らかなように、異なる偏光で異なる方向から白色と赤色と緑色の光を合成するので、効率よく色光を合成することができる。すなわち、白色ＬＥＤで不足している赤色と緑色の成分を赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの光で置き換えるのではなく、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの光を白色ＬＥＤの光に加えるので、光損失が生じない。
【０１３８】
赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの光量は、白色ＬＥＤの光量とは独立に調整可能である。したがって、本実施形態によれば、混色時の光利用効率が高く、ホワイトバランス調整の自由度の高い光源装置を提供することができる。
【０１３９】
（第５の実施形態）
上述した各実施形態の光源装置を用いることで明るい投射画像が得られる投射型表示装置を実現することができる。ここでは、そのような光源装置を備えた投射型表示装置について説明する。
【０１４０】
図２２は、本発明の第５の実施形態である投射型表示装置の構成を示すブロック図である。
【０１４１】
図２２を参照すると、投射型表示装置は、光源装置１００、偏光変換インテグレータ１０１、ミラー１０２〜１０５、ダイクロイックミラー１０６、１０７、赤用表示素子１０８、緑用表示素子１０９、青用表示素子１１０、クロスダイクロイックプリズム１１１よび投射レンズ１１２を有する。
【０１４２】
光源装置１００は、図７に示した第２の実施形態の光源装置であって、Ｐ偏光の光（白）とＳ偏光の光（赤と緑）を出射する。光源装置１００以外の構成は、既存の３板式投射型表示装置と同様の構成である。
【０１４３】
偏光変換インテグレータ１０１は、一組のフライアイレンズと、偏光ビームスプリッタアレイと、１／２波長板と、から構成される。光源装置１００から入射した光束は、フライアイレンズで複数の光束に分割される。それぞれの光束は、偏光ビームスプリッタで直交する偏光成分に分離されたのち、どちらか一方の偏光成分の光を１／２波長板により偏光方向を９０度回転させる。すなわち、偏光変換インテグレータ１０１に入射した光束は、偏光方向が全て揃った光束に変換される。偏光方向が全て揃った複数の光束は、出射側のフライアイレンズによって、１つの光束となるように重ね合わされる。
【０１４４】
偏光変換インテグレータ１０１から出射された光の進行方向にミラー１０２が配置され、ミラー１０２で反射された光の進行方向に、ダイクロイックミラー１０６が配置されている。ダイクロイックミラー１０６は、赤色の光を透過し、緑色および青色の光を反射する。
【０１４５】
ダイクロイックミラー１０６を透過した赤色の光の進行方向に、ミラー１０５が配置されており、ミラー１０５で反射された赤色の光の進行方向に、赤用表示素子１０８が配置されている。
【０１４６】
ダイクロイックミラー１０６で反射された緑色および青色の光の進行方向に、ダイクロイックミラー１０７が配置されている。ダイクロイックミラー１０７は、青色の光を透過し、緑色の光を反射する。
【０１４７】
ダイクロイックミラー１０７で反射された緑色の光の進行方向に、緑用表示素子１０９が配置されている。ダイクロイックミラー１０７を透過した青色の光の進行方向に、ミラー１０３で反射された青色の光の進行方向に、ミラー１０４が配置されている。ミラー１０４で反射された青色の光の進行方向に、青用表示素子１１０が配置されている。
【０１４８】
クロスダイクロイックプリズム１１１は、赤用表示素子１０８を通過した赤色の光と、緑用表示素子１０９を通過した緑色の光と、青用表示素子１１０を通過した青色の光とが交差する位置に設けられている。
【０１４９】
クロスダイクロイックプリズム１１１の４つの側面のうち３つが入射面（第１乃至第３の入射面）とされ、残りの一つが出射面とされている。赤用表示素子１０８からの赤色の光は、第１の入射面に入射する。緑用表示素子１０９からの緑色の光は第２の入射面に入射する。青用表示素子１１０からの青色の光は、第３の入射面に入射する。クロスダイクロイックプリズム１１１では、第１の入射面から入射した赤色の光と、第２の入射面から入射した緑色の光と、第３の入射面から入射した青色の光が合成され、合成された光が出射面から出射される。
【０１５０】
投射レンズ１１２は、クロスダイクロイックプリズム１１１の出射面から出射された光の進行方向に設けられている。投射レンズ１１２は、赤用表示素子１０８、緑用表示素子１０９および青用表示素子１１０にて形成された画像を不図示のスクリーン上に投射する。
【０１５１】
本実施形態の投射型表示装置では、光源装置１００からの光がダイクロイックミラー１０６、１０７によって、赤、緑、青の三原色の光束に分離される。赤色の光束は赤用表示素子１０８に照射され、緑色の光束は緑用表示素子１０９に照射され、青色の光束は青用表示素子１１０に照射される。
【０１５２】
赤用表示素子１０８、緑用表示素子１０９、青用表示素子１１０によって、各色の色成分の画像に応じて強度変調を受けた光束は、クロスダイクロイックプリズム１１１で合成され、投射レンズ１１２によってスクリーン上に投射される。
【０１５３】
なお、図２２は主要な構成部品のみを示した概略図である。実際には、光束を各表示素子に効率よく照射するためのコンデンサーレンズなど、他の光学部品も用いられる。
【０１５４】
本実施形態によれば、第２の実施形態で説明した光源装置を用いることにより、明るい投射画像が得られる投射型表示装置を実現することができる。
【０１５５】
次に、本実施形態の投射型表示装置の効果を説明する。
【０１５６】
光源装置１００は、図７に示したように３つの光源３ａ〜３ｃを備える。図２３Ａは、第１の光源３ａとして用いた白色ＬＥＤの発光スペクトルを示す。図２３Ｂは、白色ＬＥＤで不足している色成分を補うために、第２の光源３ｂとして用いた赤色ＬＥＤと第３の光源３ｃとして用いた緑色ＬＥＤの発光スペクトルを示す。
【０１５７】
図２３Ａに示す白色ＬＥＤの発光スペクトルの色度座標は、（０．３１３，０．３２７）である。これは、標準イルミナントＤ６５の白色色度（０．３１３，０．３２９）に匹敵する良好な白色を示している。
【０１５８】
前述したように、表示装置においてカラー画像を構成するのは、赤、緑、青の三原色の画像である。そのため、白色ＬＥＤの出射光束から、波長が５６５ｎｍ〜５９５ｎｍの黄色と、波長が５００ｎｍ前後の青緑色の光束を除去し、波長帯域の狭い赤、緑、青の三原色の光束を取り出さなければならない。
【０１５９】
図２３Ｃは、白色ＬＥＤの出射光束から、黄色と青緑色の光束を除去した後のスペクトルを示す。赤、緑、青の帯域の光束の色度座標は、それぞれ（０．６７７，０．３２３）、（０．２３１，０．７２６）、（０．１３３，０．０５７）である。この色度座標は、アナログテレビジョン方式の規格であるＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）の三原色色度座標（０．６７０，０．３３３）、（０．２１０，０．７１０）、（０．１４０，０．０８０）と同等である。
【０１６０】
しかしながら、上記の場合、白色色度座標は、（０．２６４，０．２８２）となり青みがかった白色となる。
【０１６１】
そこで、通常は、良好なホワイトバランスを得るためには、最も弱い赤色の光束を基準にして青色と緑色の光束を制限している。この制限は、光利用効率を著しく低下させることになる。
【０１６２】
図２３Ｄに、白色ＬＥＤの出射光束から、黄色と青緑色の光束を除去し、さらにホワイトバランスをとった後のスペクトルを示す。
【０１６３】
青色の光束を５５％に低減し、緑色の光束を８２％に低減した。この結果、得られた白色の色度座標は、（０．３１１，０．３３１）となり良好な白色にすることができた。ところが、光量は当初の白色ＬＥＤの光量の５６％になり、光利用効率が著しく低下してしまう。
【０１６４】
本実施形態の光源装置では、図２３Ｃに示したスペクトルから、最も少ない赤色の光量にあわせて青色と緑色の光量を低減するのではなく、最も多い青色の光量に合わせて、緑色と赤色の光束を加える。
【０１６５】
図２３Ｅに、赤色と緑色の光束を加えた白色ＬＥＤのスペクトルを示す。図２３Ｅにおいて、点線は、図２３Ｃに示したスペクトルである。破線は、光源装置１００において、白色ＬＥＤの光に加えられる赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤのスペクトルである。実線は、白色ＬＥＤの光に赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの光を加えた後のスペクトルを示す。
【０１６６】
図２３Ｂに示した赤色と緑色のスペクトルのうち、ホワイトバランスをとるために加えた赤色と緑色の光量は、それぞれ７５％と２５％である。これらの光を加えることによって、白色の光量は、当初の白色ＬＥＤの光量の１０２％となり、十分な明るさが得られた。しかも、得られた白色の色度座標は、（０．３１８，０．３２７）となり良好な白色が得られる。
【０１６７】
また、赤色、緑色、青色の帯域の光束の色度座標は、それぞれ（０．６８４，０．３１６）、（０．２１３，０．７３７）、（０．１３３，０．０５７）であり、良好な三原色の光束が得られる。
【０１６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、第２の実施形態の光源装置を用いて明るい投射画像が得られる投射型表示装置を得ることができる。
【０１６９】
なお、本実施形態の投射型表示装置において、光源装置１００は、第２の実施形態の光源装置に限定されない。光源装置１００として、第１、第３、第４の実施形態の光源装置のいずれかを用いてもよい。この場合も、明るい投射画像が得られる投射型表示装置を提供することができる。
【０１７０】
また、赤用表示素子１０８、緑用表示素子１０９および青用表示素子１１０は、液晶ライトバルブ以外のもの、例えば、デジタルミラーデバイスより構成してもよい。
【０１７１】
以上説明した各実施形態の光源装置およびそれを用いた投射型表示装置は、本発明の一例であって、その構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。
【０１７２】
各実施形態において、第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１および第３の色合成光学素子２１の各入出射面に誘電体多層膜からなる反射防止膜を施し、表面反射による光損失を低減してもよい。
【０１７３】
また、第２の実施形態において、第１の色合成光学素子１および第２の色合成光学素子１１を屈折率が整合した接着剤で接着してもよい。同様に、第３の実施形態において、第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１、第３の色合成光学素子２１を屈折率が整合した接着剤で接着してもよい。さらに、対向する直角プリズムを一体化したプリズムで構成してもよい。このような構成によれば、光源装置をさらに小型化することができる。
【０１７４】
また、第３の実施形態において、第４の光源３ｄと第２の色合成光学素子１１の配置は図１５に示した配置に限定されない。例えば、第４の光源３ｄと第２の色合成光学素子１１の配置は、第１の光源３ａの光軸を基準として、図１５に示した配置に対して線対称となる配置としてもよい。第２の光源３ｂと第１の色合成光学素子１の配置、第３の光源３ｃと第２の色合成光学素子１１の配置も同様である。ただし、第２の光源３ｂ、第３の光源３ｃおよび第４の光源３ｄは、互い違いになるように配置したほうが、各部品の干渉を防ぐことができる。
【０１７５】
各実施形態の光源装置において、第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１、第３の色合成光学素子２１および第１の色合成光学素子４１に用いられる偏光ダイクロイックミラーは、誘電体多層膜に限らず、ホログラムなどの波長選択性や偏光選択性のある光学膜であってもよい。
【０１７６】
さらに第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１、第３の色合成光学素子２１および第１の色合成光学素子４１は、プリズムの形状ではなく、板状のガラス等に膜を形成したものであってもよい。
【０１７７】
さらに、各光源３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとしてＬＥＤを用いたが、これに代えて、半導体レーザー等の別の固体光源を用いてもよい。
【０１７８】
本発明の光源装置が適用される投射型表示装置は、三板式の投射型表示装置だけではなく、単板式の投射型表示装置にも適用することが可能である。
【０１７９】
白色光を発生する白色ＬＥＤとして、黄色の光を発光する蛍光体を青色の光で励起して、青色と黄色の光で白色光を得るタイプのＬＥＤを用いるが、赤色、緑色、青色の光を発光する蛍光体を紫外光で励起して白色光を得るタイプなど他のタイプのＬＥＤを用いてもよい。
【０１８０】
本発明の光源装置を投射型表示装置に適用した形態について記載したが、投射型ではない表示装置の照明装置に本発明の光源装置を適用しても良い。さらに、本発明の光源装置は、表示装置に限らない照明装置にも適用可能である。特に、顕微鏡の照明装置やスポットライトなど、光学系を介して物体を照明する装置には、本発明の光源装置は有効である。
【０１８１】
本発明の光源装置は、２色以上の光を含む第１の偏光の光に、この光に含まれる色のうちの少なくとも１色を含む、偏光状態が第１の偏光と異なる第２の偏光の光を加えることができるのであれば、どのような構成としてもよい。加える光は、三原色の光に限らず、黄色や青緑色の光など任意の色の光が合成されても良い。色合成光学素子によって合成された光は、必ずしも白色である必要はない。このような構成によれば、明るい光を得る照明装置を実現することができる。また、加える色の光の比率を調整することで調色することができるので、例えばホワイトバランスが調整可能な白色光を得ることができる照明装置を実現することができる。
【０１８２】
本発明の一態様よれば、光源装置は、波長が異なる複数の色の第１の偏光の光を出射する第１の光源と、上記複数の色のうちの少なくとも１つの色の光を含む、偏光状態が第１の偏光と異なる第２の偏光の光を出射する光源手段と、上記第１の光源から出射された上記第１の偏光の光と上記光源手段から出射された上記第２の偏光の光とを合成する色合成手段と、を有する。
【０１８３】
図２に示した構成において、第１の光源は、第１の光源３ａに対応し、光源手段は、第２の光源３ｂに対応し、色合成手段は、第１の色合成光学素子１に対応する。図７に示した構成において、第１の光源は、第１の光源３ａに対応し、光源手段は、第２の光源３ｂおよび第３の光源３ｃに対応し、色合成手段は、第１の色合成光学素子１および第２の色合成光学素子１１に対応する。図１３に示した構成において、第１の光源は、第１の光源３ａに対応し、光源手段は、第２の光源３ｂ、第３の光源３ｃおよび第４の光源３ｄに対応し、色合成手段は、第１の色合成光学素子１、第２の色合成光学素子１１および第３の色合成光学素子２１に対応する。図１７に示した構成において、第１の光源は、第１の光源４３ａに対応し、光源手段は、第２の光源４３ｂに対応し、色合成手段は、第１の色合成光学素子４１に対応する。
【０１８４】
図１７に示した構成において、図１３に示した第３の色合成光学素子２１および第４の光源３ｄを加えてもよい。この場合、第３の色合成光学素子２１は、第１の色合成光学素子４１からの出射光（白色のＰ偏光と赤色および緑色のＳ偏光）と第４の光源３ｄからの出射光（青色のＳ偏光）を合成する。
【０１８５】
上記の構成において、上記の一態様として説明した構成との対応関係は次の通りである。第１の光源は、第１の光源４３ａに対応し、光源手段は、第２の光源４３ｂおよび第４の光源３ｄに対応し、色合成手段は、第１の色合成光学素子４１および第３の色合成光学素子２１に対応する。
【０１８６】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成および動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。
【０１８７】
この出願は、２００９年９月２８日に出願された日本出願特願２００９−２２２７０４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2011037057.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
2011037057.tif 000012
【図８Ｂ】
2011037057.tif 000013
【図９】
2011037057.tif 000014
【図１０Ａ】
2011037057.tif 000015
【図１０Ｂ】
2011037057.tif 000016
【図１１】
2011037057.tif 000017
【図１２Ａ】
2011037057.tif 000018
【図１２Ｂ】
2011037057.tif 000019
【図１３】
2011037057.tif 000020
【図１４Ａ】
2011037057.tif 000021
【図１４Ｂ】
2011037057.tif 000022
【図１５】
2011037057.tif 000023
【図１６Ａ】
2011037057.tif 000024
【図１６Ｂ】
2011037057.tif 000025
【図１７】
2011037057.tif 000026
【図１８Ａ】
2011037057.tif 000027
【図１８Ｂ】
2011037057.tif 000028
【図１９】
2011037057.tif 000029
【図２０】
2011037057.tif 000030
【図２１Ａ】
2011037057.tif 000031
【図２１Ｂ】
2011037057.tif 000032
【図２２】
2011037057.tif 000033
【図２３Ａ】
2011037057.tif 000034
【図２３Ｂ】
2011037057.tif 000035
【図２３Ｃ】
2011037057.tif 000036
【図２３Ｄ】
2011037057.tif 000037
【図２３Ｅ】
2011037057.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月23日(2012.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数の色の第１の偏光の光を出射する第１の光源と、
前記複数の色のうちの少なくとも１つの色の光を含む、偏光状態が第１の偏光と異なる第２の偏光の光を出射する光源手段と、
前記第１の光源から出射された前記第１の偏光の光と前記光源手段から出射された前記第２の偏光の光とを合成する色合成手段と、を有する光源装置。
【請求項２】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、第１の波長帯域にピーク波長を有する第１の色光を出射する第２の光源を有し、
前記色合成手段は、前記第１の光源から出射された前記第１の偏光の光と前記第２の光源から出射された前記第２の偏光の第１の色光とを合成する第１の色合成光学素子を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射される、請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第２の光源は、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求項２または３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域にピーク波長を有する第２の色光を出射する第３の光源をさらに有し、
前記色合成手段は、前記第１の色合成光学素子から出射された光と前記第３の光源から出射された前記第２の偏光の第２の色光とを合成する第２の色合成光学素子をさらに有する、請求項２に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射され、
前記第２の色合成光学素子は、
第２の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光が前記第１の色合成光学素子から供給される第３の入射面と、
前記第２の偏光の第２の色光が前記第３の光源から供給される第４の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第２の膜と、を有し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第３の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光と、前記第４の入射面から入射した前記第２の偏光の第２の色光とが、前記第２の膜を介して前記第２の出射面から出射され、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定されている、請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記第２の光源は、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有し、
前記第３の光源は、緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求項５または６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、前記第１および第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域にピーク波長を有する第３の色光を出射する第４の光源をさらに有し、
前記色合成手段は、前記第２の色合成光学素子から出射された光と前記第４の光源から出射された前記第２の偏光の第３の色光とを合成する第３の色合成光学素子をさらに有する、請求項５に記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射され、
前記第２の色合成光学素子は、
第２の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光が前記第１の色合成光学素子から供給される第３の入射面と、
前記第２の偏光の第２の色光が前記第３の光源から供給される第４の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第２の膜と、を有し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第３の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１の色光と、前記第４の入射面から入射した前記第２の偏光の第２の色光とが、前記第２の膜を介して前記第２の出射面から出射され、
前記第３の色合成光学素子は、
第３の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第２の色合成光学素子から供給される第５の入射面と、
前記第２の偏光の第３の色光が前記第４の光源から供給される第６の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第３の膜と、を有し、
前記第３の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第３の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第５の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光と、前記第６の入射面から入射した前記第２の偏光の第３の色光とが、前記第３の膜を介して前記第３の出射面から出射され、
前記第１乃至第３の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域および前記第３の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定されている、請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光源は、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有し、
前記第３の光源は、緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有し、
前記第４の光源は、青色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求項８または９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、第１の波長帯域にピーク波長を有する第１の色光および該第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域にピーク波長を有する第２の色光を出射する第２の光源を有し、
前記色合成手段は、前記第１の光源から出射された前記第１の偏光の光と前記第２の光源から出射された前記第２の偏光の第１および第２の色光とを合成する第１の色合成光学素子を有する、請求項１に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１および第２の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射される、請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光源は、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、を有する、請求項１１または１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記光源手段は、前記第２の偏光よりなる、前記第１および第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域にピーク波長を有する第３の色光を出射する第３の光源をさらに有し、
前記色合成手段は、前記第１の色合成光学素子から出射された光と前記第３の光源から出射された前記第２の偏光の第３の色光とを合成する第２の色合成光学素子をさらに有する、請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記第１の色合成光学素子は、
第１の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光が前記第１の光源から供給される第１の入射面と、
前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第２の光源から供給される第２の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１の膜と、を有し、
前記第１の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第１の入射面から入射した前記複数の色の第１の偏光の光と、前記第２の入射面から入射した前記第２の偏光の第１および第２の色光とが、前記第１の膜を介して前記第１の出射面から出射され、
前記第２の色合成光学素子は、
第２の出射面と、
前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光が前記第１の色合成光学素子から供給される第３の入射面と、
前記第２の偏光の第３の色光が前記第３の光源から供給される第４の入射面と、
入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第２の膜と、を有し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記複数の色の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記第１および第２の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第３の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第３の入射面から入射した、前記複数の色の第１の偏光の光および前記第２の偏光の第１および第２の色光と、前記第４の入射面から入射した前記第２の偏光の第３の色光とが、前記第２の膜を介して前記第２の出射面から出射され、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域および前記第３の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定されている、請求項１４に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記第２の光源は、
赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、
緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源と、を有し、
前記第３の光源は、青色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源を有する、請求項１４または１５に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記第１の光源は、白色光源である、請求項１から１６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光が照射される表示素子と、
前記表示素子で表示される画像を投射する投射光学系と、を有する、投射型表示装置。
【請求項１９】
請求項１から１７のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から出射された第１および第２の偏光の光のうち、一方の偏光の光を他方の偏光の光に変換する偏光変換手段と、
前記偏光変換手段から出射された前記他方の偏光の光を、赤色、緑色、青色の光に色分離する色分離手段と、
前記色分離手段で分離された赤色の光が照射される第１の表示素子と、
前記色分離手段で分離された緑色の光が照射される第２の表示素子と、
前記色分離手段で分離された青色の光が照射される第３の表示素子と、
前記第１乃至第３の表示素子で表示される画像を投射する投射光学系と、を有する、投射型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
第１の色合成光学素子１の４つの側面のうちの隣接する２つの側面が入射面１ａ、１ｂであり、入射面１ａと対向する側面が出射面１ｃである。第１の光源３ａは入射面１ａと対向するように配置され、第２の光源３ｂは入射面１ｂと対向するように配置されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
図１２Ｂは、第２の偏光ダイクロイックミラー１２のＳ偏光に対する分光反射特性と赤色と緑色と青色の各ＬＥＤの発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色ＬＥＤのピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色ＬＥＤのピーク波長は５３０ｎｍであり、青色ＬＥＤのピーク波長は４６０ｎｍである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
図１９を参照すると、ＬＥＤモジュール５４は、４つのＬＥＤチップ５６ａ〜５６ｄからなる発光部５５を有する。ＬＥＤチップ５６ａ〜５６ｃはいずれも、ピーク波長が６３０ｎｍである赤色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ５６ｄは、ピーク波長が５３０ｎｍである緑色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ５６ａ〜５６ｄのチップ面積はほぼ同じである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
ダイクロイックミラー１０７で反射された緑色の光の進行方向に、緑用表示素子１０９が配置されている。ダイクロイックミラー１０７を透過した青色の光の進行方向に、ミラー１０３が配置されている。ミラー１０３で反射された青色の光の進行方向に、ミラー１０４が配置されている。ミラー１０４で反射された青色の光の進行方向に、青用表示素子１１０が配置されている。
【国際調査報告】
2011037057.tif 000039
2011037057.tif 000040
2011037057.tif 000041
2011037057.tif 000042
2011037057.tif 000043
2011037057.tif 000044
2011037057.tif 000045